Статья опубликована в рамках: XV Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 12 ноября 2012 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Машиностроение и машиноведение
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРУГЛЫХ ПИЛ НА ОСНОВЕ ТЕРМОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Хвиюзов Михаил Андреевич
старший преподаватель Северного (Арктического) федерального университета, г. Архангельск
Е-mail: mik5512@yandex.ru
Галашев Александр Николаевич
канд. тех. наук, доцент Северного (Арктического) федерального университета, г. Архангельск
E-mail:
FORECASTING PERFORMANCE OF ROUND SAWS ON THE BASIS OF THERMOMETER CONTROL
Mikhail Khviuzov
senior lecturer, Northen (Arctic) Federal University
Aleksandr Galashev
candidate of Technical Sciences, Associate Professor of
Northen (Arctic) Federal University
АННОТАЦИЯ
Предложен метод прогнозирования работоспособности круглых пил, основанный на использовании инфракрасного радиационного пирометра.
ABSTRACT
The method of forecasting performance of round saws, based on the use of infrared radiation pyrometer.
Ключевые слова: температурный контроль; диск пилы; инфракрасный пирометр; режущий инструмент; зона нагрева.
Keywords: temperature control; saw disk; infrared radiation pyrometer; cutting tools; heating zone.
Деревообрабатывающий инструмент в процессе работы, как и любой другой, подвергается тепловому воздействию, возникающему в результате действия сил трения при резании материала. Особенность круглых пил заключается в том, что среди многочисленных влияющих на работоспособность факторов, весьма значительное влияние оказывают величина и распределение нагрева корпуса пилы [4]. Неравномерный нагрев при определенных параметрах может привести к нарушению плоского состояния вращающегося диска, в следствие чего происходит нарушение функционирования круглопильного станка [6], т. е. можно говорить о возникновении механического отказа оборудования. Такое явление наиболее часто происходит при продольной распиловке древесины.
С целью возможного предотвращения «зарезания» и «горения» круглых пил авторами была сформулирована исследовательская задача — установить возможность и условия прогнозирования нагрева в процессе распиловки.
Устанавливая возможность прогнозирования момента возникновения отказа, необходимо учитывать следующие условия [1]:
1. установлен параметр прогнозирования (ПП);
2. имеется возможность периодического или непрерывного контроля ПП;
3. известен критерий предельного состояния.
1. В качестве параметра прогнозирования принимаем величину температурного перепада (
), суть которого заключается в разности температур наружной кольцевой зоны пильного диска, прилегающей к окружности межзубовых впадин (ТН) и температуры средней кольцевой части диска, прилегающей к внешней окружности зажимных фланцев (ТВ). При условии ТН > ТВ — перепад считается положительным, и наоборот. Отметим, что оба вида температурных перепадов возможны при различных обстоятельствах, но наиболее опасным и меньшим допустимым значением обладает положительный, нежели отрицательный перепад. В связи, с чем этому виду уделяется большее внимание.
Параметр является косвенным технологическим, изменяющимся в результате изменения прямых параметров ТН и ТВ.
2. Температуру указанных кольцевых зон пильного диска предлагается определять инфракрасными радиационными пирометрами. Так как процесс пиления является скоротечным (продолжительность непрерывного пиления, из-за высоких скоростей резания и подачи, не превышает 1—2 минут), контроль следует проводить посекундным.
3. Критерием предельного состояния является величина допустимого температурного перепада. Для пил, работающих без принудительного охлаждения водой или водо-воздушной смесью, определяется по формуле [7]:
(1)
где: 
— коэффициент, учитывающий долю мощности резания, расходуемой на нагрев диска пилы (без зубьев);
— мощность резания на одну пилу, кВт;
и 
— диаметр и толщина пильного диска, мм;
п — частота вращения пильного вала, мин-1.
Далее выбирался метод прогнозирования. Принимая во внимание различие свойств распиливаемых материалов даже в одной размерно-качественной группе, возможные значительные отклонения ПП в общие моменты процесса пиления, динамичность процесса и невозможность получения полной и достоверной статистической информации, в качестве метода прогнозирования использовано прогнозирование по реализации изменения параметра [3].
При прогнозировании по реализации принимают, что изменение ПП конкретного объекта характеризуется экстраполяционной функцией и средним квадратическим отклонением этой функции от фактического изменения ПП. Каждому изменению параметра соответствует остаточный ресурс. То есть в рассматриваемом случае остаточный ресурс допустимого температурного перепада в i-й момент времени:
i= 
– (ТНi — ТВi). (2)
Дальнейшие действия рассмотрим на примере выполнения и обработки результатов одного из опытов натурного эксперимента, проведенного в реальных производственных условиях.
Производилось продольное пиление березовых необрезных пиломатериалов, длиной 6 м и толщиной 50 мм, на круглопильном станке ЦДК-4-2. Скорость подачи составляла 18 м/мин. Режущим инструментом (объектом исследования) была пила с твердосплавными напайками фирмы «Paritet» 400х36х50. Температура ТН определялась инфракрасным пирометром «Condtrol 2 IT» с точностью 0,2оС. Температура ТВ в течении опыта не изменялась и была равна температуре окружающего воздуха в цехе 23оС. Продолжительность пиления составила 20 сек. Параметры ПП и первичной обработки опыта представлены в таблице 1.
Расчетная величина 
с учетом того, что установленная мощность электродвигателя пильного механизма ЦДК-4-2 10 кВт, КПД передачи 90 % и частота вращения пильного вала 2940 мин-1 [5], по формуле 1 составила 34,97оС и принята в дальнейшем 35оС.
Период наработки на отказ (интервал корреляции) принимаем последние десять секунд. Рассчитываем среднюю скорость изменения ПП — VTср, которая составила 0,6оС/сек. Среднеквадратичное отклонение скорости σ и коэффициент вариации скорости изменения ПП V соответственно равны 0,39 и 0,65. Верхняя и нижняя доверительные границы скорости изменения ПП определяются по формуле:
(3)
где: 
— квантиль нормального распределения, при доверительной вероятности 
, равно 1,65.
Расчет показывает 
=0,8 и 
=0,4оС/сек. Из дальнейшего рассмотрения исключаем нижнее значение, так как верхнее значение скорее приближает момент отказа.
Таблица 1.
Результаты наблюдений и обработки
Время t, сек |
Температура ТН, оС |
Перепад |
СкоростьVT, оС/сек |
Остаточный ресурс |
1 |
27,0 |
4,0 |
// |
31,0 |
2 |
27,0 |
4,0 |
// |
31,0 |
3 |
27,6 |
4,6 |
// |
30,4 |
4 |
28,2 |
5,2 |
// |
29,8 |
5 |
29,0 |
6,0 |
// |
29,0 |
6 |
30,8 |
7,8 |
// |
27,2 |
7 |
33,2 |
10,2 |
// |
24,8 |
8 |
34,0 |
11,0 |
// |
24,0 |
9 |
35,0 |
12,0 |
// |
23,0 |
10 |
35,4 |
12,4 |
// |
22,6 |
11 |
35,6 |
12,6 |
0,2 |
22,4 |
12 |
36,0 |
13,0 |
0,4 |
22,0 |
13 |
36,6 |
13,6 |
0,6 |
21,4 |
14 |
38,4 |
15,4 |
1,8 |
19,6 |
15 |
38,8 |
15,8 |
0,4 |
19,2 |
16 |
39,0 |
16,0 |
0,2 |
19,0 |
17 |
39,6 |
16,6 |
0,6 |
18,4 |
18 |
41,0 |
18,0 |
1,4 |
17,0 |
19 |
41,2 |
18,2 |
0,2 |
16,8 |
20 |
41,4 |
18,4 |
0,2 |
16,6 |
Далее проводим аппроксимацию функции ТН(t). Учитывая, что исследуемая зависимость в интервале 
непрерывно и монотонно возрастает (коэффициент корреляции r=0.98), рассчитаем коэффициенты линейного и степенного уравнений регрессии [2]. Значения ТН(t) представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты прогнозирования остаточного ресурса
Время t, сек |
ТН(t)=35,69t0.0726 (Ряд 2) |
ТН(t)=0.69t+34.95 (Ряд 3) |
||
Температура ТН, оС |
|
Температура ТН, оС |
|
|
20 |
41,0 |
17,0 |
41,8 |
16,2 |
21 |
41,3 |
16,7 |
42,6 |
15,4 |
22 |
41,6 |
16,4 |
43,2 |
14,8 |
23 |
41,8 |
16,2 |
43,9 |
14,1 |
24 |
42,0 |
16.0 |
44,6 |
13,4 |
25 |
42,2 |
15,8 |
45,3 |
12,7 |
Период прогноза определен исходя из условия, что tП следует принимать не более 1/2 периода контрольной наработки tН (рисунок 1). Период прогнозирования размером в 5 секунд с уверенностью можно считать достаточным, чтобы после получения информации о возникновении возможного отказа (≤0) предпринять управляющие воздействия для его предотвращения.
Рисунок 1. Зависимость нагрева от времени пиления: Ряд 1 — фактические значения; Ряды 2 и 3 — прогнозируемые
Формулируя вывод проделанной работы можно отметить, что прогнозирование на основании термометрического контроля работоспособности круглых пил с использованием термометрического контроля возможно при условии определения метода и условий прогнозирования. Разработанная методика может быть внедрена в процессы автоматизированного контроля работы круглопильных станков для продольной распиловки древесных материалов, что будет способствовать эффективности процессов лесопиления.
Список литературы:
1.Михлин В.М. Прогнозирование технического состояния машин. М.: Колос, 1976. — 288 с.
2.Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследования процессов деревообработки. М.: Лесная промышленность, 1984. — 232 с.
3.РД 26.260.004-91. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования по изменению параметров его технического состояния при эксплуатации: методические указания. — Введ. 01.01. 1992. М.: Химнефтемаш, 1991. — 96 с.
4.Санев В.И. Обработка древесины круглыми пилами. М.: Лесная промышленность, 1980. — 232 с.
5.Станок прирезной с гусеничной подачей ЦДК-4-2: Руководство по эксплуатации / Тюменский станкостроительный завод. — Тюмень: Обл. типография управления издательств, полиграфии и книжной торговли Тюменского облисполкома, 1972. — 32 с.
6.Стахиев Ю.М. Работоспособность круглых пил. М.: Лесная промышленность, 1989. — 384 с.
7.Стахиев Ю.М., Пашков В.К. Руководящие технические материалы по определению режимов пиления древесины круглыми пилами. Архангельск: ЦНИИМОД, 1988. — 74 с.
дипломов
Комментарии (1)
Оставить комментарий